Как виртуальные миры воссоздают географическую историю жизни

Богатейшее разнообразие растений и животных в Амазонии и на прилегающих склонах Анд давно является предметом научного интереса. Однако проверить гипотезы о причинах такого биоразнообразия в реальном мире невозможно — эксперименты с интродукцией или истреблением видов непрактичны и неэтичны.

Вместо этого междисциплинарная команда биогеографов и климатологов создала виртуальный мир — симуляцию жизни в Южной Америке за последние 800 000 лет, через восемь ледниковых циклов. Результаты опубликованы в журнале Science.

Метод: симуляция на основе фундаментальных процессов

Каждая симуляция начиналась с одного виртуального вида, помещённого на детальную топографическую карту. Климат обновлялся каждые 500 лет с помощью палеоклиматической модели. Было проведено более тысячи симуляций с разными комбинациями четырёх ключевых переменных:

• Время изоляции, необходимое для видообразования.
• Скорость эволюционной адаптации к изменению климата.
• Расстояние, которое вид может преодолеть через непригодную среду.
• Сила конкуренции между близкородственными видами.

Неожиданный результат: карты видового богатства, полученные в симуляции, оказались поразительно похожи на реальные карты распространения птиц, млекопитающих и растений. Более того, симуляция подтвердила существование прерывистых миграционных коридоров между Андами и Атлантическим лесом на юго-востоке Бразилии, что ранее предполагалось на основе наличия близкородственных видов.

От колыбели до музея и могилы

Симуляция позволила впервые отследить и нанести на карту полный «жизненный путь» каждого виртуального вида:

• «Колыбель» (cradle) — место и время фрагментации ареала и изоляции популяции, приведшей к видообразованию.
• «Музей» (museum) — регион, где вид сохранялся длительное время.
• «Могила» (grave) — место и время упадка и вымирания вида.

Результаты показали, что восточные склоны Анд и западная Амазония являются колыбелями видообразования. Могилы вымирания совпадали с колыбелями в одних регионах (например, в Амазонии) и были смещены в других (например, в Андах). Восточный склон тропических Анд оказался не только колыбелью, но и богатым музеем биоразнообразия.

Пики видообразования и вымирания были связаны с ледниковыми циклами, причём пики вымирания следовали за пиками видообразования в периоды быстрого потепления в конце холодных фаз.

Вывод: климат и топография как движущие силы

Исследование позволяет предположить, что современные паттерны биоразнообразия, независимо от возраста видов, коренятся в одних и тех же базовых процессах. Взаимодействие изменчивого климата последних 800 000 лет и драматического ландшафта Южной Америки не только стимулировало видообразование в некоторых молодых группах, но и «перетасовывало» распределение как молодых, так и древних видов.

Хотя симуляция не предназначена для прогнозирования будущего, она наглядно демонстрирует динамическую силу изменения климата в формировании жизни на Земле. Современные антропогенные изменения климата происходят с беспрецедентной скоростью, заставляя виды смещать ареалы, что уже оказывает profound effects на жизнь и благосостояние человека.